Antiviral Savaşçı: Gümüş Nanoparçacık


Nagihan Emeksiz – Yüksek Lisans Öğrencisi /Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mersin Üniversitesi

2019'un sonlarında Çin'de bilinmeyen birkaç pnömoni (zatüre) vakası kendini göstermeye başladı ve yeni bir korona virüsün neden olduğu açıklandı. Virüs daha sonra şiddetli akut solunum sendromu COVID-19 (SARS-CoV-2) olarak adlandırıldı. Virüs kısa sürede içerisinde dünyaya yayıldı ve Mart 2020’de Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından bir pandemi olarak ilan edildi. Hala devam etmekte olan salgın hepimizin yaşam düzenini değiştirmekle kalmayıp; sosyal mesafe, dezenfektan, maske, antiviral ilaç ve tedavi yöntemleri gibi kavramları hayatımızın bir parçası haline getirmiştir.


Salgını durdurmayı hedefleyen yoğun aşı ve ilaç çalışmalarının yanında virüsten korunma yolları için adımlar atılmıştır. Nanoteknolojinin bilim dünyasına girmesiyle, bazı nanoparçacıkların (gümüş, bakır, titanyum dioksit, çinko oksit, bor, grafen vb) antiviral ve antibakteriyel etkisi hakkındaki çalışmalar büyük önem kazanmıştır. Metaller arasında en çok karşımıza çıkan gümüş nanoparçacıklarıdır. Maskeler, kumaşlar, dezenfektanlar ve hatta su filtreleri gümüş nanoparçacıklar sayesinde antiviral ve antibakteriyel özellik kazanmaktadır.


Virüsün Hücreye Girişi ve Çoğalması

Virüsler çoğalabilmek için mutlaka canlı bir konakçı hücreye ihtiyaç duyar. Virüs ve konakçı hücre arasındaki etkileşim, virüsün konakçı hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanmasıyla başlar. Adeta kilidin kapıyı açması gibi konakçı hücre zarında bulunan ligand ve proteinler ile viral yüzey bileşenleri entegre olduğunda hücre girişine izin verilir. Virüs parçacığının hücreye alınımı ve viral replikasyonu, virüsün yapısal özelliklerine bağlı olarak farklılık göstermektedir. DNA virüslerinin replikasyonu konak hücrenin çekirdeğinde, RNA virüslerinin replikasyonu ise hücre sitoplazmasında meydana gelmektedir. Çoğalmanın sonucunda meydana gelen yeni virüslerin hücreyi terk etmesi tomurcuklanma, apoptoz ya da ekzositoz yollarıyla olmaktadır.[1]


Şekil 1: Virüsün hücreye giriş şeması.[2]

Gümüş (Ag) Nanoparçacıkların Antiviral Mekanizması

Enfekte olmak için öncelikle virüsün hücre yüzeyine bağlanması gerekmektedir. Virüs ve konakçı hücre arasındaki etkileşime müdahale etmek, virüsün hücrelere bağlanmasını ve hücre girişini engellemektir. Gümüş nanoparçacıkların, patojenik virüsü inhibe etmesi iki farklı yol ile gerçekleşebilir: Ag nanoparçacık, virüs yüzey proteine bağlanır ve hücre reseptörlerine bağlanmasını engeller ya da virüsün DNA veya RNA'sına bağlanır böylece virüsün konakçı hücreler içindeki replikasyonunu ve çoğalması engeller.[3]


Şekil 2: Gümüş nanoparçacıkların (AgNP) antiviral makanizması.[4]

Gümüş nanoparçacıkların antiviral etkisi üzerine literatürde birçok çalışma bulunmaktadır. Lara ve arkadaşlarının yapmış olduğu çalışmada 30-50 nm boyutlarındaki gümüş nanoparçacıkların, HIV (human immunodeficiency virus) /AIDS üzerindeki antiviral etkisi incelenmiştir. Ag nanoparçacıkların, virüs ve hücre reseptörü arasındaki etkileşime engel olduğu kanıtlanmıştır. HIV virüsü yüzeyinde bulanan glikoproteinin (gp 120) konakçı hücre zarı reseptörüne (CD4) bağlanması, gümüş nanoparçacık oranına bağlı olarak azalma göstermiştir. Gümüş nanoparçacıklar, hücrenin HIV vürüsü aşılamasından 12 saat sonra eklendiğinde bile antiviral aktivitelerini korumuştur. Bu sonuçlar, Ag nanoparçacıkların, füzyon veya giriş aşamalarının yanı sıra viral yaşam döngüsüne müdahale ettiğini göstermektedir.[5]


Benzer bir çalışmada ise kitosan ve gümüş nanoparçacık kompozitlerin farklı boyutları (3.5, 6.5 ve 12.9 nm) H1N1 /Influenza A virüsü üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kitosanın tek başına herhangi bir antiviral etkisi olmazken, gümüş nanoparçacıklar tüm boyutlarında antiviral özellik sergilemiştir. Genellikle daha küçük nanoparçacık içeren kompozitlerde daha güçlü antiviral aktivite gözlenmiştir.[6]


Ag Nanoparçacıklarlar ve SARS-COV19

İnsan solunum mukozası, influenza virüsü (H1N1), solunum sinsityal virüsü (RSV) ve pandemik insan korona virüsleri (SARS ve MERS) de dahil olmak üzere çeşitli virüsler için virüs girişinin birincil bölgesidir. Bu viral patojenler öncelikle üst solunum yollarını enfekte eder, ancak daha sonra ciddi rahatsızlıklara neden olan alt solunum bölgelerine ulaşabilirler.[7] Covid-19 (SARS-CoV-2) virüsü yüzeyinde bulunan S (Spike) proteinler, akciğer hücre zarlarındaki reseptör olan ACE2 (anjiyotensin dönüştürücü enzim 2) ile etkileşime girerek öncelikle bronşiyal epitel hücrelerini enfekte eder. ACE2 reseptörü SARS korona virüslerin konakçı hücrelere girmesinde kritik bir rol oynar.[8] Bu nedenle, ACE2 seviyelerinin bloke edilmesi veya azaltılması, enfeksiyona karşı mücadelede etkili bir adım olabilir.


SARS-CoV-2 ile mücadelede nanoparçacıklarının kullanıldığı bir çalışmada, gümüş nanoparçacıkları (AgNP), PVP (polivinil prolidon) ile kaplanarak sitotoksisiteyi azaltmak hedeflenmiştir ve 10 nm boyutlarında PVP-AgNP sentezlenmiştir. AgNP’ler virüsün hücre girişinden ve hedef hücreleri enfeksiyondan korumak için hücre dışı SARS-CoV-2'yi etkili bir şekilde inhibe ettiği ve viral girişe müdahale ettiği gözlemlenmiştir. Ag nanoparçacıkların, SARS-CoV-2 virüsü üzerindeki antiviral etkisi üç farklı şekilde incelenmiştir: (1) Virüsün, PVP-Ag nanoparçacıklara maruz bırakıldıktan sonra hücre ile etkileşimi, (2) hücrenin PVP-AgNP ile tedavi edilmeden önce ve (3) tedavi edildikten sonra enfekte olması (Şekil 3). Her üç olasılıkta da viral RNA replikasyonunda bir azalma olduğu ve memeli hücrelerde sitotoksit doza ulaşmadan PVP-Ag nanoparçacıkların antiviral etki gösterdiği sonucuna varılmıştır.[9]

Şekil 3: virüsün PVP-AgNP maruz bırakılmasının şematik gösterimi (sol) ve AgNP’ ye maruz bırakıldığı üç farklı durum için SARS-CoV-2 replikasyon analizi. (TMPRRS2: hücre yüzey proteini).[9]

Virüs yayılımını artıran nedenlerden biri de hiç şüphesiz ortak temas alanlarıdır. Dezenfektanlar gibi biyosidal ürünler kullanmak ve hijyen kurallarına dikkat etmek bu sorunun önüne geçmek için kişisel koruyucu adımlarımızdır. Gümüş nanoparçacıklar kullanılarak antiviral yüzeyler oluşturmak pandemi sürecinde yayılımı en aza indirmek için etkili bir yöntem olabilir. Gümüş nanoparçacıklardan salınan Ag iyonları, viral yüzey proteinlerinde ve bakteri hücre zarında ROS (reaktif oksijen türleri) oluşumuna bağlı oksidasyon meydana getirerek biyosit gibi davranırlar.[10] Ag nanoparçacıkları, nano ölçekli fiber yüzey yapılarına sahip pamuk, kâğıt ve bezlere doğrudan bağlanabilir ve böylece sağlık personellerinin kullandığı koruyucu ekipmanlar ve artık hayatlarımızın bir parçası haline gelmiş olan maske ve eldivenlerde gümüş nanoparçacıklar kullanılarak virüs yayılımına engel olunabilir.[11]


Bir diğer yaklaşım ise daha önce üzerinde çalışılmış olan enzim-nanoparçacık hibrit kompozitler oluşturmaktır.[12] ACE2-nanoparçacık kompozitli yüzey alanları ve koruyucu ekipmanlar sayesinde, virüsün herhangi bir konakçı hücre bulamadan kompozit nanoparçacıklar tarafından yakalanabilir ve korona enfeksiyonunun yayılmasının önüne geçilebilir.[13]





Referanslar

  1. Marsh, M. and Helenius, A., (2006). Virus Entry: Open Sesame, Cell, 124,729-740.

  2. Gurunathan, S., Qasim, M., Choi, Y., Do, J., Park, C., Hong, K., (2020). Antiviral Potential of Nanoparticles—Can Nanoparticles Fight Against Coronaviruses?, Nanomaterials, 10, 1645. doi: 10.3390/nano10091645

  3. Salleh, A., Naomi, R., Utami, N., Mohammad, A., Mahmoudi, E., Mustafa, N., Fauzi, B., (2020). The Potential of Silver Nanoparticles for Antiviral and Antibacterial Applications: A Mechanism of Action, Nanomaterials, 10, 1566. doi:10.3390/nano10081566

  4. Rai, M., Deshmukh, S., Ingle, A., Gupta, I., Galdiero, M., Galdiero, S., (2014). Metal nanoparticles: The protective nanoshield against virus infection, Informa Healthcare. doi: 10.3109/1040841X.2013.879849

  5. H.H. Lara, N.V. Ayala-Nunez, L. Ixtepan-Turrent, C. Rodriguez-Padilla, (2010). Mode of antiviral action of silver nanoparticles against HIV-1. Nanobiotechnology, 8, 1.

  6. Mori, Y., Ono, T., Miyahira, Y., Nguyen, V.Q., Matsui, T., Ishihara, M., (2013). Antiviral activity of silver nanoparticle/chitosan composites against H1N1 influenza A virus, Nanoscale Research Letters, 8, 93.

  7. Kutter, J. S., Spronken, M.I., Fraaij, P.L., Fouchier, R. A., Herfst, S., (2018). Transmission routes of respiratory viruses among humans, Current Opinion in Virology, 28, 142–151. doi: 10.1016/j.coviro.2018.01.001

  8. Cui, J., Li, F., Shi, Z., (2018). Origin and evolution of pathogenic coronaviruses, Microbiology. doi:10.1038/ s41579-018-0118-9

  9. Jeremiah, S.S., Miyakawa, K., Morita, T., Yamaoka, Y., Ryo, A., (2020). Potent antiviral effect of silver nanoparticles on SARS-CoV-2, Biochemical and Biophysical Research Communications. doi: 10.1016/j.bbrc.2020.09.018

  10. Prasher, P., Singh, M., Mudila, H., (2018). Oligodynamic Effect of Silver Nanoparticles: a Review, BioNanoScience, 8, 951–962. doi: 1007/s12668-018-0552-1

  11. Nakamura, S., Sato, M., Sato, Y., Ando, N., Takayama, T., Fujita, M., Ishihara, M., (2019). Synthesis and Application of Silver Nanoparticles (Ag NPs) for the Prevention of Infection in Healthcare Workers, International Journal of Molecular Sciences, 20, 3620. doi:10.3390/ijms20153620

  12. Aydemir, D., Gecili, F., Özdemir, N., Ulusu, N.N., (2020). Synthesis and characterization of a triple enzyme-inorganic hybrid nanoflower (TrpE@ihNF) as a combination of three pancreatic digestive enzymes amylase, protease and lipase, Journal of Bioscience and Bioengineering, 129,6, 679-686. doi:10.1016/j.jbiosc.2020.01.008

  13. Aydemir, D., Ulusu, N.N., (2020). Correspondence: Angiotensin-converting enzyme 2 coated nanoparticles containing respiratory masks, chewing gums and nasal filters may be used for protection against COVID-19 infection, Travel Medicine and Infectious Disease. doi: 10.1016/j.tmaid.2020.101697





113 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör

Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik
  • YouTube

© 2019 by Bezelye Dergi